Многоосные инерциальные измерительные блоки (IMU) функционируют как автономные системы сбора данных, которые интегрируют акселерометры, гироскопы и магнитометры для записи параметров пространственного движения в режиме реального времени. В контексте тестирования обуви их основная роль заключается в освобождении анализа походки от ограничений лаборатории. Обеспечивая высокую степень свободы измерений, они позволяют исследователям количественно оценивать критические показатели стабильности — такие как высота подъема стопы и смещение центра масс — во время длительной ходьбы в реальных условиях.
Ключевая идея: В то время как традиционные оптические системы фиксируют движение, IMU подтверждают производительность. Они предоставляют техническую основу для оценки стабильности обуви, фиксируя, как обувь ведет себя при длительном использовании в естественных условиях, а не только в контролируемых условиях.
Технический состав IMU
Интеграция датчиков
IMU — это не отдельные датчики; это интегрированные кластеры.
Объединяя акселерометры, гироскопы и магнитометры, эти блоки фиксируют полную картину движения. Это слияние позволяет точно отслеживать сегменты тела в трехмерном пространстве без внешних камер.
Пространственное отслеживание в реальном времени
Устройство мгновенно обрабатывает данные для построения траектории сегментов тела.
Эта возможность имеет решающее значение для анализа обуви, где микродвижения стопы и лодыжки должны быть коррелированы с механическими свойствами обуви.
Преодоление лабораторных ограничений
Преодоление оптических ограничений
Традиционный анализ походки опирается на лабораторные системы оптического захвата движения.
Несмотря на высокую точность, эти системы ограничены определенным объемом захвата. IMU устраняют это ограничение, позволяя собирать данные на неограниченные расстояния и по разнообразным местностям.
Сбор данных на большие расстояния
Стабильность обуви часто меняется по мере утомления пользователя или изменения рельефа местности.
IMU позволяют непрерывно отслеживать походку в течение длительного времени. Это фиксирует кумулятивный эффект обуви на механику ходьбы пользователя, который часто упускается при коротких лабораторных испытаниях.
Критические показатели стабильности обуви
Оценка высоты подъема стопы
Одним из основных показателей стабильности, измеряемых IMU, является высота подъема стопы.
Этот показатель отслеживает, насколько высоко поднимается стопа во время фазы переноса шага. Изменения в высоте подъема могут указывать на то, как дизайн обуви влияет на риск споткнуться или на эффективность ходьбы.
Смещение центра масс
IMU позволяют точно рассчитать смещение центра масс тела.
Отслеживая смещение центра масс, тестировщики могут оценить, насколько хорошо обувь поддерживает баланс и осанку. Это дает прямую количественную меру стабилизирующих свойств обуви.
Стратегическое размещение датчиков
Точки сбора с высокой точностью
Для получения точных данных размещение датчика не подлежит обсуждению.
Высокоточные IMU обычно крепятся в области подъема или пятки обуви, или на талии с помощью ремня.
Фиксация ударов и гравитации
Размещение на стопе позволяет напрямую измерять ударные нагрузки.
Напротив, датчики, закрепленные на талии, отслеживают изменения центра тяжести. Вместе эти данные создают целостное представление о том, как обувь поглощает удары и поддерживает стабильность тела во время ходьбы, бега или прыжков.
Понимание компромиссов
Проблема калибровки
Хотя IMU предлагают свободу, им не хватает абсолютной опорной точки оптических систем.
Для обеспечения точности датчик должен быть точно откалиброван по костным сегментам пользователя. Если датчик смещается относительно кости (артефакт мягких тканей), данные становятся ненадежными.
Гибридное решение
Для минимизации этих ошибок на этапе настройки часто используется гибридный подход.
IMU может быть установлен на 3D-печатном кластере маркеров с отражающими маркерами. Это позволяет оптической системе определить точное положение и ориентацию датчика относительно анатомии. Этот шаг устраняет ошибки, вызванные относительным смещением, гарантируя, что данные IMU, собранные позже в полевых условиях, будут кинематически точными.
Сделайте правильный выбор для вашей цели
В зависимости от конкретных требований вашего протокола тестирования обуви сосредоточьтесь на следующих приложениях:
- Если ваш основной фокус — валидация в реальных условиях: Используйте IMU для сбора данных о стабильности (высота подъема стопы и центр масс) на больших расстояниях, чтобы понять, как обувь ведет себя вне лаборатории.
- Если ваш основной фокус — анализ ударов: Закрепите IMU непосредственно на пятке или подъеме, чтобы собирать высокоточные данные об ударных нагрузках и поглощении ударов.
- Если ваш основной фокус — кинематическая точность: Используйте гибридную установку с 3D-печатными кластерами маркеров для калибровки IMU относительно оптической системы перед полевыми испытаниями, обеспечивая минимальную ошибку в расчетах кинематики суставов.
Перенося анализ походки из фиксированного места в носимую методологию, IMU предоставляют объективные данные, необходимые для создания более безопасной и стабильной обуви.
Сводная таблица:
| Функция | Функция в тестировании обуви | Ключевой показатель |
|---|---|---|
| Слияние датчиков | Объединяет акселерометр, гироскоп и магнитометр | 3D-отслеживание сегментов тела |
| Полевые испытания | Освобождает анализ походки от лабораторных ограничений | Производительность на больших расстояниях |
| Анализ стабильности | Отслеживает взаимосвязь стопы и земли | Высота подъема стопы и смещение ЦМ |
| Утилита размещения | Крепится на подъеме, пятке или талии | Ударные нагрузки и смещения центра тяжести |
| Гибридная калибровка | Использует 3D-печатные кластеры маркеров | Кинематическая точность и снижение ошибок |
Сотрудничайте с 3515 для высокопроизводительных решений в области обуви
Являясь крупномасштабным производителем, обслуживающим дистрибьюторов и владельцев брендов, 3515 предлагает комплексные производственные возможности для всех типов обуви. Наша флагманская серия Safety Shoes разработана для максимальной стабильности, проверена с помощью новейших технологий анализа походки для обеспечения безопасности пользователей в любой среде.
Наш обширный портфель включает:
- Рабочие и тактические ботинки
- Обувь для активного отдыха и тренировок
- Кроссовки и спортивная обувь
- Классическая и официальная обувь
Независимо от того, нужна ли вам массовое производство специализированного защитного снаряжения или разнообразные розничные коллекции, мы предоставляем техническую экспертизу и масштабы для удовлетворения ваших требований. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши производственные потребности и узнать, как наше передовое производство может повысить ценность вашего бренда.